畢寶貴，李澤椿，郭安紅，王月冬

(國家氣象中心，北京 100081)

自然災(zāi)害對公共安全的影響及其監(jiān)測預(yù)警科技發(fā)展戰(zhàn)略

畢寶貴，李澤椿，郭安紅，王月冬

(國家氣象中心，北京 100081)

改革開放以來，我國在自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的各個環(huán)節(jié)均取得了可喜的發(fā)展，對減輕災(zāi)害損失、保障人民生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定繁榮發(fā)展發(fā)揮了重要作用。但仍需清醒地認(rèn)識到,在災(zāi)害規(guī)律演變、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢下，各類自然災(zāi)害對國家公共安全仍存在很大的威脅；我國目前災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警能力與國家防災(zāi)減災(zāi)“三個轉(zhuǎn)變”需求以及國際先進(jìn)水平相比仍存在較大差距。因此，本文簡要論述了氣象、海洋、地質(zhì)、地震、生物五大自然災(zāi)害對國家公共安全的影響，并根據(jù)我國目前監(jiān)測預(yù)警狀況和存在問題，提出未來5～10 a我國自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警科技發(fā)展戰(zhàn)略要從加強(qiáng)預(yù)測預(yù)報基礎(chǔ)理論研究、提升綜合監(jiān)測能力、構(gòu)建高效自然災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)以及發(fā)展減災(zāi)避災(zāi)和救災(zāi)技術(shù)四個方面著手推進(jìn)。

自然災(zāi)害； 公共安全； 監(jiān)測預(yù)警； 關(guān)鍵技術(shù)

引言

我國幅員遼闊，地質(zhì)、地理條件復(fù)雜，氣候異常多變，環(huán)境基礎(chǔ)脆弱，經(jīng)常遭受多種自然災(zāi)害的侵襲。從總體上看，我國自然災(zāi)害有以下特點：1)自然災(zāi)害種類多，幾乎囊括了世界上各種類型的自然災(zāi)害，主要包括氣象災(zāi)害、海洋災(zāi)害、地震災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害和生物災(zāi)害等；2)自然災(zāi)害發(fā)生的頻率高，強(qiáng)度大，損失嚴(yán)重；3)自然災(zāi)害的地域組合明顯，時空分布廣。自然災(zāi)害由于其突發(fā)性、破壞性等特點，影響人類生產(chǎn)生活的各個方面，并且危害到環(huán)境安全、糧食安全、水資源安全、生態(tài)安全、社會安全、國防安全等。

“十一五”是新中國成立以來自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的時期之一，南方低溫雨雪冰凍、汶川特大地震、舟曲特大山洪泥石流等特大災(zāi)害接連發(fā)生，嚴(yán)重洪澇、干旱以及臺風(fēng)、風(fēng)雹、高溫?zé)崂?、海冰、雪?zāi)、森林火災(zāi)等災(zāi)害多發(fā)并發(fā)，給經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展帶來嚴(yán)重影響?！笆濉逼陂g，我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程明顯加快，城鎮(zhèn)人口密度增加，基礎(chǔ)設(shè)施承載負(fù)荷不斷加大，自然災(zāi)害對城市的影響日趨嚴(yán)重；另一方面，廣大農(nóng)村尤其是中西部地區(qū)，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相對滯后，設(shè)防水平偏低，農(nóng)村居民抵御災(zāi)害的能力較弱[1]。此外，在全球氣候變暖的背景下，海洋災(zāi)害、氣象災(zāi)害及其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害、生物災(zāi)害發(fā)生程度逐漸加重[2]。因此，我國自然災(zāi)害的時空分布、損失程度和影響深度廣度出現(xiàn)新變化，各類災(zāi)害的突發(fā)性、異常性、難以預(yù)見性日顯突出，對國家公共安全的嚴(yán)重威脅不容忽視。本文重點論述了氣象、海洋、地質(zhì)、地震、生物五大自然災(zāi)害對國家公共安全的影響，并根據(jù)我國目前監(jiān)測預(yù)警狀況和存在問題，對未來5～10 a災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警科技發(fā)展戰(zhàn)略以及關(guān)鍵技術(shù)和方法提出一些建設(shè)性建議。

1 自然災(zāi)害對公共安全的影響

1.1 對人民生命財產(chǎn)和生活安全的嚴(yán)重威脅

21世紀(jì)以來，雖然隨著國家防災(zāi)減災(zāi)能力的提升和社會經(jīng)濟(jì)水平的提高，自然災(zāi)害造成的死亡失蹤人數(shù)有所下降，造成的直接損失占國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的比率有下降趨勢[3]，但是自然災(zāi)害仍給人民生命財產(chǎn)、生活安全帶來了較嚴(yán)重?fù)p失。其中，2010年因氣象災(zāi)害造成死亡失蹤人數(shù)超過5 000人，直接經(jīng)濟(jì)損失接近5 000億元(圖1)；2006年為我國海洋災(zāi)害的重災(zāi)年，風(fēng)暴潮、海浪、海冰、赤潮和海嘯等災(zāi)害性海洋過程共發(fā)生179次，造成直接經(jīng)濟(jì)損失218.45億元，死亡(含失蹤)492人(圖2)；地質(zhì)災(zāi)害造成經(jīng)濟(jì)損失最重的是2013年，死亡失蹤人數(shù)最多的是2010年(圖3)。

圖1 21世紀(jì)以來(2000—2015年)氣象災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失和死亡失蹤人數(shù)(資料來源：中國氣象局-中國氣象災(zāi)害年鑒)Fig.1 Direct economic losses and number of dead or missing people caused by meteorological disasters from 2000 to 2015 (data source: China Meteorological Administration)

圖2 21世紀(jì)以來(2000—2016年)海洋災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失和死亡失蹤人數(shù)(資料來源：國家海洋局-中國海洋災(zāi)害公報)Fig.2 Direct economic losses and number of dead or missing people caused by marine disasters from 2000 to 2016 (data source: State Oceanic Administration, People’s Republic of China)

圖3 21世紀(jì)以來(2000—2016年)地質(zhì)災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失和死亡失蹤人數(shù)(資料來源：國土資源部-全國地質(zhì)災(zāi)害通報)Fig.3 Direct economic losses and number of dead or missing people caused by geological disasters from 2000 to 2016 (data source: Ministry of Land and Natural Resources of the People’s Republic of China)

在巨災(zāi)面前，人民生命財產(chǎn)、生活安全受到嚴(yán)重威脅。1975年8月4—8日， 3號臺風(fēng)在福建登陸后，北上至河南省伏牛山脈與桐柏山脈之間的大弧形地帶“停滯少動”，造成歷史罕見的“75·8”特大暴雨。該次過程最大累積雨量達(dá)1 631 mm，大于1 000 mm的降水區(qū)集中在京廣鐵路以西板橋水庫、石漫灘水庫到方城一帶，造成駐馬店地區(qū)60多個水庫垮壩潰決，1 015萬人受災(zāi)，超過2.6萬人死難，直接經(jīng)濟(jì)損失近百億元[4]。2010年8月7日甘肅舟曲特大泥石流災(zāi)害是建國以來造成損失最嚴(yán)重的泥石流災(zāi)害，泥石流將沿途村莊和城區(qū)夷為平地, 摧毀了沿途的樓房民居；泥石流沖進(jìn)白龍江形成堰塞湖，將半個舟曲縣城淹在水中，截止2010年8月15日統(tǒng)計，造成1 248人遇難，496人失蹤。

1.2 對國家安全、軍事安全和重大國防工程建設(shè)的影響

自然災(zāi)害頻發(fā)對國防和軍隊建設(shè)產(chǎn)生不利影響。主要表現(xiàn)在，一方面自然災(zāi)害一旦發(fā)生，會使軍隊搶險救災(zāi)等非戰(zhàn)爭軍事行動增加，影響部隊的正常訓(xùn)練和干擾軍事力量的穩(wěn)定；另一方面災(zāi)害直接影響軍隊人員裝備安全、重大國防戰(zhàn)略工程建設(shè)和多樣化軍事任務(wù)實施，例如，臺風(fēng)、暴雨、雷電、大風(fēng)、沙塵暴等氣象災(zāi)害對部隊人員、裝備和設(shè)施安全造成了嚴(yán)重威脅[5]，特別是對復(fù)雜昂貴的高技術(shù)武器裝備來說，其可靠性和安全性要求更高，對環(huán)境的敏感性更大。1998年6月中下旬，持續(xù)性強(qiáng)降水造成我國長江地區(qū)發(fā)生僅次于1954年的全流域性洪水，截止當(dāng)年8月23日，解放軍、武警部隊投入兵力達(dá)到了433.22萬人次，組織民兵預(yù)備役部隊更多達(dá)500多萬人次，動用車輛23.68萬臺次，舟艇3.75萬艘次，飛機(jī)和直升機(jī)1 289架次；同時，在抗洪救災(zāi)的過程中，救災(zāi)的官兵有大量的傷亡，增加了軍事資源的不穩(wěn)定因素[6]。1996年9月，受9615號臺風(fēng)影響，多架戰(zhàn)機(jī)受登陸臺風(fēng)侵襲損毀，多艘艦艇遭到不同程度毀壞。

伴隨海洋開發(fā)帶來的海洋腐蝕，是海洋災(zāi)害的一種，其不僅對碼頭、油罐、船舶等各種構(gòu)筑物造成影響[7]，還對軍艦、武器等軍事裝備造成危害。據(jù)統(tǒng)計，海軍艦船腐蝕的防護(hù)費用占海軍總維修費用的50%左右，海軍的飛機(jī)由于腐蝕問題使大修費用提高10%，舟橋部隊每年的維修費用中約75%用于腐蝕防護(hù)。據(jù)有關(guān)調(diào)查，武器裝備在海洋儲存環(huán)境中，失效率達(dá)到17.3%。

此外，全球氣候變化會通過影響糧食、水資源、能源等戰(zhàn)略資源的供應(yīng)與再分配，激化現(xiàn)有的地區(qū)沖突，加劇緊張關(guān)系和不穩(wěn)定因素，引發(fā)社會動蕩和邊界沖突，進(jìn)而擾亂現(xiàn)有國際秩序和地緣政治格局，影響國家安全。

1.3 對航空交通運輸、輸電線路和重大工程安全的影響

氣象災(zāi)害影響交通安全和電力設(shè)施最典型的案例就是2008年1月我國南方大范圍的持續(xù)性冰凍雨雪災(zāi)害。災(zāi)害給大面積的輸變電設(shè)施帶來超上限的覆冰，造成輸電線路大量倒塌、斷線，電力設(shè)施大范圍損毀，電網(wǎng)遭受前所未有的嚴(yán)重災(zāi)害，部分地區(qū)供電被迫中斷[8]。此外，強(qiáng)降雨及其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害是對鐵路運行安全危害最大的自然災(zāi)害。1963年8月，河北大暴雨致京廣、石太、石德三條鐵路被沖斷430處，沖毀橋涵64座，京廣線中斷行車48天；1981年7月，四川大暴雨引發(fā)成昆鐵路沿線特大泥石流，兩孔橋梁被沖垮，兩臺機(jī)車和兩節(jié)車廂落水被沖走，造成中國鐵路史上最大的泥石流災(zāi)害之一。

氣候變化，特別是升溫、降水增多以及極端天氣氣候事件頻發(fā)，會通過影響重大工程的設(shè)施本身、重要輔助設(shè)備以及所依托的環(huán)境，進(jìn)一步影響輸油輸氣管道、核電站、輸變電線路、特高壓輸電工程等能源工程建設(shè)，以及長江三峽、南水北調(diào)、西南水電基地等水利水電工程建設(shè)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性和耐久性。其中，氣溫升高及其帶來的海平面上升，對沿海核電工程的設(shè)計、防護(hù)以及安全運行都將產(chǎn)生重要的影響。風(fēng)暴潮和海平面上升的耦合，將會使我國沿海核電站與降雨和水位有關(guān)的排水、防洪等設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)降低的問題。

1.4 對糧食安全和生態(tài)安全的危害

氣象災(zāi)害是威脅我國糧食生產(chǎn)的首要自然災(zāi)害，其中又以水旱災(zāi)害、風(fēng)雹和低溫冰凍災(zāi)害影響較大。據(jù)統(tǒng)計，近50年全國農(nóng)業(yè)旱災(zāi)受災(zāi)面積平均值超過2 300萬hm2，約占全國農(nóng)作物播種總面積 的16%；水災(zāi)受災(zāi)面積多年平均值超過980萬hm2，約占全國播種總面積的7%。此外，生物災(zāi)害中農(nóng)業(yè)病蟲害直接造成糧食減產(chǎn)、危害糧食生產(chǎn)安全。1980—2014年我國主要農(nóng)作物病蟲害平均發(fā)生面積近26 700萬hm2/a，危害造成作物總損失約8 500萬t/a，其中糧食損失約5 400萬t/a，棉花損失約140萬t/a，油料損失約70萬t/a，其他作物損失近3 000萬t/a(圖4)。

圖4 1980—2014年農(nóng)作物病蟲害發(fā)生與危害(資料來源于農(nóng)業(yè)部)Fig.4 Occurrence area and yield loss of crop pests and diseases from 1980 to 2014 (data source: Ministry of Agriculture of the People's Republic of China)

在海洋生態(tài)環(huán)境中，綠潮是世界沿海各國普遍發(fā)生的海洋災(zāi)害，對沿海環(huán)境造成嚴(yán)重危害[9]。2008年5—8月我國黃東海大面積長時間爆發(fā)滸苔災(zāi)害，影響波及山東、江蘇、浙江、上海以及福建沿海，對漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、海洋環(huán)境、景觀和生態(tài)服務(wù)功能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在森林生態(tài)環(huán)境中，林業(yè)有害生物被稱為“不冒煙的森林火災(zāi)”，年發(fā)生面積約1 100萬hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)服務(wù)價值損失達(dá)880億元，相當(dāng)于全國林業(yè)總產(chǎn)值的十分之一。

1.5 可造成嚴(yán)重社會問題的“連帶”效應(yīng)

自然災(zāi)害所造成的傷害是瞬間的、暫時的，但由此給幸存者、死傷者家屬、目擊者所造成的心理影響，卻是長期的、頑固的。此外，災(zāi)害發(fā)生后，受災(zāi)人民生活穩(wěn)定受到影響，人民的生活安置、飲水安全、衛(wèi)生防疫等方方面面工作環(huán)環(huán)相扣，處置不當(dāng)就會繼發(fā)公共安全衛(wèi)生事件以及社會安全事件。例如，2010年1月，葫蘆島市菊花島遭遇了30年來最嚴(yán)重的海冰災(zāi)害，整個島嶼受海冰圍困成為一座孤島，島上3 200多名居民的生活必需品和應(yīng)急物資準(zhǔn)備不足，在島上引起了一定的社會恐慌。

2 我國自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警現(xiàn)狀與問題

2.1 自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警現(xiàn)狀

在氣象災(zāi)害監(jiān)測方面，我國目前已初步建立了包括衛(wèi)星、雷達(dá)在內(nèi)的全球天氣監(jiān)測網(wǎng)、全球通信網(wǎng)，廣布我國各地的氣象臺站、自動氣象站監(jiān)視著大氣活動的動態(tài)變化，風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星從太空跟蹤地球大氣的演變，極大地豐富和補(bǔ)充了廣闊海洋、極地、高原和沙漠等人跡稀少地區(qū)的探測信息，近年來建立的新一代天氣雷達(dá)、大氣成分、雷電、空間天氣系統(tǒng)等監(jiān)測網(wǎng)從微觀和立體交叉上對中小尺度災(zāi)害性天氣進(jìn)行實時監(jiān)測[10]。在氣象災(zāi)害預(yù)報技術(shù)方面，隨著數(shù)值預(yù)報技術(shù)的進(jìn)步，探測手段的日臻完善和豐富，以及高性能計算機(jī)快速發(fā)展和應(yīng)用，氣象災(zāi)害預(yù)報技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，其中快速更新同化分析和預(yù)報、集合預(yù)報、概率預(yù)報以及數(shù)字化預(yù)報等新技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了災(zāi)害性天氣的監(jiān)測及短時、短期、中期、長期等30 d時效內(nèi)監(jiān)測預(yù)報預(yù)警服務(wù)的無縫隙銜接；格點化、數(shù)字化的產(chǎn)品體系和上下互動的格點化業(yè)務(wù)流程促進(jìn)了災(zāi)害預(yù)報業(yè)務(wù)水平的提高[11]。

在海洋災(zāi)害監(jiān)測方面，我國已初步形成了涵蓋岸基海洋觀測系統(tǒng)、離岸海洋觀測系統(tǒng)、大洋和極地觀測的海洋災(zāi)害觀(監(jiān))測網(wǎng)絡(luò)體系框架，已建立國家基本海洋站(點)100余個，大中型浮(潛)標(biāo)40余個，海洋標(biāo)準(zhǔn)斷面調(diào)查站位約120個，海洋水色環(huán)境、海洋動力環(huán)境和海洋雷達(dá)3個系列海洋衛(wèi)星，實現(xiàn)了海洋觀測要素的分鐘級采集與傳輸。其中在海嘯監(jiān)測方面，我國搭建了全球及區(qū)域海嘯地震自動監(jiān)測分析系統(tǒng)，牽頭建設(shè)了25個海嘯預(yù)警寬頻地震臺；通過接收全球、區(qū)域和中國近海地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全球中強(qiáng)海底地震震源參數(shù)的自動測定，使得我國在海嘯預(yù)警業(yè)務(wù)領(lǐng)域具備了獨立的海底地震監(jiān)測能力。在海洋災(zāi)害預(yù)測預(yù)警技術(shù)方面，已完成高分辨率海嘯、風(fēng)暴潮、海浪、海冰等災(zāi)害數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)的自主研發(fā)，覆蓋中國近海、近岸區(qū)域，部分要素預(yù)報時效已拓展至120 h；觀測數(shù)據(jù)同化技術(shù)達(dá)到同期國際先進(jìn)水平，但是數(shù)據(jù)多為國外資料；全球模式的分辨率為0.25°，與發(fā)達(dá)國家相比處于較低水平，近岸精細(xì)化預(yù)報取得顯著進(jìn)展，部分近岸區(qū)域預(yù)報模式空間分辨率達(dá)到了50 m，但是近岸精細(xì)化預(yù)報系統(tǒng)尚未做到中國近海全覆蓋。

在地震監(jiān)測方面，我國初步建立了覆蓋全國的國家、省、市三級管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)[12]，包括強(qiáng)震動臺1 200多個，測震臺站1 300多個、地球物理和地球化學(xué)觀測點1 200多個，地震監(jiān)測工作采用了“專業(yè)與群測、微觀與宏觀、固定與流動”相結(jié)合的方法，建立了由多方法、多手段構(gòu)成的地震觀測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從世界范圍來說，地震預(yù)報仍處于探索階段，尚未從科學(xué)上真正地掌握地震的孕育過程及發(fā)生規(guī)律。

近年來光學(xué)、電學(xué)、信息學(xué)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，給地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測儀器的研究開發(fā)帶來勃勃生機(jī)，能夠監(jiān)測的信息種類和監(jiān)測手段將越來越豐富，同時某些監(jiān)測方法的監(jiān)測精度、采集信息的直觀性和操作簡便性有所提高。相對來說，生物災(zāi)害的監(jiān)測自動化程度尚不高，針對部分有害生物以及外來生物入侵等的站網(wǎng)監(jiān)測尚不具備技術(shù)條件。

2.2 自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警存在的問題

1)自然災(zāi)害監(jiān)測方面，我國的技術(shù)手段、儀器設(shè)備等尚不能完全滿足災(zāi)害監(jiān)測“精”、“準(zhǔn)”的需求。

準(zhǔn)確、及時的災(zāi)害監(jiān)測包括高效監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系的構(gòu)建，監(jiān)(探)測技術(shù)和裝備發(fā)展以及監(jiān)測方法的改進(jìn)。在這方面，我們還有很長的路要走。

例如，在強(qiáng)對流天氣監(jiān)測方面，目前我國綜合多源觀測資料的分類強(qiáng)對流天氣和對流風(fēng)暴的強(qiáng)度監(jiān)測還存在較大不足，尤其冰雹和雷暴大風(fēng)監(jiān)測更多依靠常規(guī)測站和重要天氣報資料，需要充分利用雷達(dá)、目擊者或者氣象信息員、自動站、閃電等多源觀測資料進(jìn)行短時強(qiáng)降水、冰雹、雷暴大風(fēng)等天氣和對流風(fēng)暴的質(zhì)量控制和分強(qiáng)度等級綜合判識，以提高強(qiáng)對流監(jiān)測的時空分辨率和可靠性，并生成高質(zhì)量的綜合監(jiān)測格點數(shù)據(jù)。

在臺風(fēng)監(jiān)測方面，雖然我國目前已初步建成了以氣象衛(wèi)星、多普勒天氣雷達(dá)、高空觀測、地面自動氣象觀測站為基礎(chǔ)的臺風(fēng)綜合觀測體系，但在臺風(fēng)外場觀測技術(shù)和能力方面，尤其是在常規(guī)觀測資料稀缺的海洋上空對臺風(fēng)實施飛機(jī)觀測方面和先進(jìn)國家/地區(qū)有很大差距， 進(jìn)而制約了臺風(fēng)強(qiáng)度和風(fēng)雨預(yù)報水平。

我國的海洋災(zāi)害監(jiān)測能力雖然顯著提高并正在成體系發(fā)展，但目前的觀測能力主要局限在近岸海域，且站點總數(shù)少、分布不夠優(yōu)化，離岸觀測能力仍很薄弱，先進(jìn)觀測儀器缺乏，觀測資料通用性差、共享和管理機(jī)制落后，遠(yuǎn)不能滿足災(zāi)害精細(xì)化預(yù)警報、風(fēng)險評估等防災(zāi)減災(zāi)工作的實際需求。高時空分辨率的衛(wèi)星、岸基雷達(dá)、Argo浮標(biāo)等觀測資料未能得到有效應(yīng)用，遠(yuǎn)洋觀測和深海觀測尚未開展。

此外，在地震監(jiān)測方面，受地球“不可入性”、“不可見性”的制約，地殼內(nèi)部構(gòu)造運動的全面監(jiān)測還沒有實現(xiàn)。地質(zhì)災(zāi)害和生物災(zāi)害的專業(yè)化監(jiān)測由于技術(shù)復(fù)雜、投入大、對操作人員要求高，所以覆蓋面還太小，有待于其技術(shù)手段向簡單、廉價、自動化程度高的方向發(fā)展。

2)自然災(zāi)害預(yù)測預(yù)報機(jī)理模型亟需深入和發(fā)展。

近年來數(shù)值天氣預(yù)報、風(fēng)暴潮漫堤數(shù)值預(yù)報、冰-海洋耦合模式等模擬技術(shù)的發(fā)展，為氣象、海洋等自然災(zāi)害的預(yù)報預(yù)測做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，但是災(zāi)害預(yù)報模型尚有眾多機(jī)理問題沒有解決，制約著災(zāi)害預(yù)測預(yù)報能力的提升。

例如，暴雨預(yù)報準(zhǔn)確率主要依賴于數(shù)值模式預(yù)報能力的提高。然而，數(shù)值模式對不同變量場的預(yù)報能力差異明顯，如對質(zhì)量場(高度、氣壓、溫度)等預(yù)報能力最好，而對水汽、垂直速度等預(yù)報的能力最差。這也就決定了目前對于與質(zhì)量場聯(lián)系緊密的區(qū)域性的、連續(xù)性的暴雨預(yù)報準(zhǔn)確率最高，而對局地的、分散性的暴雨把握能力較弱。在這方面，需要針對不同模式進(jìn)行長期和實時的數(shù)值模式檢驗評估，以及建立相應(yīng)的業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)，幫助預(yù)報員更好了解模式誤差，確定最優(yōu)的模式預(yù)報結(jié)論，以及進(jìn)行可能的訂正，從而消除數(shù)值預(yù)報的誤差。此外，對不同類別的強(qiáng)對流天氣演變特征及形成機(jī)理還缺乏深入系統(tǒng)的認(rèn)識，強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)的中小尺度結(jié)構(gòu)和發(fā)展機(jī)理研究仍是當(dāng)前強(qiáng)對流天氣研究中的難點。

我國海洋災(zāi)害數(shù)值模式主要依賴引進(jìn)，或引進(jìn)吸收后再開發(fā)，自主創(chuàng)新開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)值模式較少，精細(xì)化和多要素耦合海洋災(zāi)害數(shù)值模式研究是當(dāng)前的難點，我國基本上是跟蹤發(fā)展。我國海洋災(zāi)害精細(xì)化預(yù)警報僅在部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)，風(fēng)暴潮-海浪-潮汐-洪水等多要素耦合、漫灘漫堤、同化等數(shù)值預(yù)報關(guān)鍵技術(shù)和精細(xì)化程度與國外還有相當(dāng)差距。

迄今為止，地震預(yù)測仍是當(dāng)代自然科學(xué)領(lǐng)域里一個難度很大的科學(xué)問題。但是，應(yīng)當(dāng)相信隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的進(jìn)步，地震預(yù)測水平一定會逐漸提高，因此應(yīng)繼續(xù)堅持把地震監(jiān)測預(yù)測作為防御減輕地震災(zāi)害的最重要的科技支撐。

3)災(zāi)害協(xié)同預(yù)警機(jī)制的發(fā)展是解決災(zāi)害預(yù)警能效的瓶頸。

目前我國各部門災(zāi)害協(xié)同預(yù)警機(jī)制不完善、預(yù)警發(fā)布渠道不暢通以及預(yù)警信息發(fā)布覆蓋率低，全國上下、部門內(nèi)外尚未建立權(quán)威、統(tǒng)一的預(yù)警發(fā)布法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系。其中，基層和偏遠(yuǎn)地區(qū)預(yù)警信息發(fā)布和接收能力弱是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時，預(yù)警信息發(fā)布也存在“準(zhǔn)確性”，在災(zāi)害影響區(qū)接收不到預(yù)警信息會造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，而不在災(zāi)害可能影響區(qū)接收到預(yù)警信息是資源浪費。此外，災(zāi)害預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)在前端要接入多災(zāi)種各種類數(shù)量龐大的預(yù)警信息，后端要對接全社會各部門的發(fā)布傳播手段和渠道，因此，在今后5～10 a里，建立縱橫貫通的預(yù)警發(fā)布管理平臺，增強(qiáng)多手段、新媒體發(fā)布渠道的對接應(yīng)用，建立縣級發(fā)布管理平臺、提高縣級預(yù)警信息發(fā)布能力，建立健全預(yù)警信息發(fā)布法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系等將是災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)和平臺建設(shè)的重要方面。

4)自然災(zāi)害的復(fù)雜性、關(guān)聯(lián)性需要得到充分的認(rèn)識。

自然災(zāi)害涉及地球系統(tǒng)的多圈層相互作用，其孕災(zāi)機(jī)理十分復(fù)雜；并且由于區(qū)域環(huán)境演變時空分異規(guī)律不一致，災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)機(jī)理幾乎不具有重復(fù)性。其次，上述各種自然災(zāi)害之間存在相互關(guān)聯(lián)性。大量研究表明，地質(zhì)災(zāi)害、海洋災(zāi)害、生物災(zāi)害與氣象災(zāi)害有著密切關(guān)系，例如，研究表明95%以上的山體滑坡、崩塌、泥石流由強(qiáng)降水誘發(fā)；稻飛虱、粘蟲等在我國的北遷、南回區(qū)域均與盛行氣流或氣候鋒帶的季節(jié)性北進(jìn)和南退密切相關(guān)；地震災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害之間也存在關(guān)聯(lián)性，例如2008年“5·12”汶川8.0級特大地震，約觸發(fā)了15 000處滑坡等山地災(zāi)害。有些災(zāi)害的發(fā)生往往由一個主導(dǎo)因素、多個誘發(fā)因素疊加導(dǎo)致，錯綜復(fù)雜；并且一系列時間上有先后，空間上彼此相依，成因上相互關(guān)系、互為因果、呈連鎖反應(yīng)且依次出現(xiàn)的幾種災(zāi)害會組成災(zāi)害鏈[13]。因此，必須對自然災(zāi)害的復(fù)雜性有充分的認(rèn)識，利用系統(tǒng)論的分析方法對多種自然災(zāi)害進(jìn)行再認(rèn)識，才能從機(jī)理上辨識災(zāi)害發(fā)生、演變的過程， 從而更準(zhǔn)確、及時有效地預(yù)測災(zāi)害的發(fā)生。

3 未來5～10 a我國自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警科技發(fā)展戰(zhàn)略以及關(guān)鍵技術(shù)

自然災(zāi)害影響的公共安全事件頻發(fā)，不斷增加了國家和社會防災(zāi)減災(zāi)成本，而由此提出的如何提高應(yīng)對公共安全事件的危機(jī)管理能力問題也成為我國必須面對的重大挑戰(zhàn)。縱觀世界各國在發(fā)展自身的防災(zāi)減災(zāi)項目和建立應(yīng)急管理體系方面都有很多成功的經(jīng)驗指導(dǎo)和借鑒。從根本上看，如何發(fā)布準(zhǔn)確、及時、高效的災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警預(yù)報和預(yù)估信息是提高防災(zāi)減災(zāi)能力的前提和基礎(chǔ)；同時建立有組織的自然災(zāi)害應(yīng)急管理機(jī)制是面對突發(fā)公共安全事件，降低生命財產(chǎn)損失風(fēng)險的有力手段。

表1給出了氣象、海洋、地震、地質(zhì)和生物各個災(zāi)害領(lǐng)域未來5～10 a在監(jiān)測預(yù)警方面需要突破的關(guān)鍵技術(shù)，目的主要是通過各個學(xué)科領(lǐng)域的監(jiān)測預(yù)報技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)防災(zāi)減災(zāi)工作的“三個轉(zhuǎn)變”：從注重災(zāi)后救助向注重災(zāi)前預(yù)防轉(zhuǎn)變，從應(yīng)對單一災(zāi)種向綜合減災(zāi)轉(zhuǎn)變，從減少災(zāi)害損失向減輕災(zāi)害風(fēng)險轉(zhuǎn)變。

在此基礎(chǔ)上，我們提出未來5～10 a我國自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警科技發(fā)展戰(zhàn)略，主要包括以下4個方面：

1)加強(qiáng)自然災(zāi)害孕災(zāi)機(jī)理研究，發(fā)展預(yù)測預(yù)報評估模型。

對于自然災(zāi)害孕育、發(fā)生、發(fā)展到突變成災(zāi)的演化規(guī)律一直是科學(xué)界不斷追索的關(guān)鍵問題。一方面，利用近年來迅速發(fā)展起來的計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、遙感技術(shù)等構(gòu)建災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報模型，并在此基礎(chǔ)上，對模型進(jìn)行檢驗評估和改進(jìn)，提高模式預(yù)報的可信度和準(zhǔn)確率。以氣象災(zāi)害預(yù)報為例，需要結(jié)合數(shù)值預(yù)報和集合預(yù)報產(chǎn)品、融合多源觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合對災(zāi)害性天氣發(fā)生發(fā)展機(jī)理的認(rèn)識，開展精細(xì)化天氣分析與數(shù)值預(yù)報釋用技術(shù)研究。另一方面，通過自然災(zāi)害情景構(gòu)建推演，采用模型分析等手段，為自然災(zāi)害的快速評估提供背景分析。

2)發(fā)展自然災(zāi)害綜合監(jiān)測能力，建立健全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

由于我國自然災(zāi)害多發(fā)、重發(fā)，迫切需要建立實時、多源信息融合的災(zāi)害監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對災(zāi)害的演變、發(fā)生、發(fā)展進(jìn)行實時監(jiān)測和評估。因此，國家需要針對防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)急服務(wù)的需求，加大監(jiān)測技術(shù)研發(fā)和投入，有針對性提升不同種類自然災(zāi)害的監(jiān)測技術(shù)和手段、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)，并在國家統(tǒng)一組織協(xié)調(diào)下，各部門聯(lián)合攻關(guān)，互通有無，逐步形成災(zāi)害綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和平臺。

表1未來5～10a不同災(zāi)害領(lǐng)域自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警防御關(guān)鍵技術(shù)

Table 1 Key technologies in the fields of natural disaster monitoring and warning in the coming 5-10 years

學(xué)科領(lǐng)域未來5～10a災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)氣象災(zāi)害自主發(fā)展和創(chuàng)新我國數(shù)值天氣預(yù)報技術(shù)發(fā)展強(qiáng)對流監(jiān)測技術(shù)和中小尺度天氣分析業(yè)務(wù)發(fā)展定量降水估測和預(yù)報技術(shù)發(fā)展登陸臺風(fēng)精細(xì)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估發(fā)展國家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布技術(shù)海洋災(zāi)害加強(qiáng)海洋災(zāi)害發(fā)生演變和成災(zāi)機(jī)理研究加強(qiáng)海洋災(zāi)害精細(xì)化預(yù)報預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究開展海洋災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測和快速評估關(guān)鍵技術(shù)研究加強(qiáng)海洋災(zāi)害風(fēng)險評估關(guān)鍵技術(shù)研究發(fā)展海洋災(zāi)害信息化集成與服務(wù)平臺地震災(zāi)害創(chuàng)新長期地震預(yù)測方法,編制新的地震動參數(shù)區(qū)劃圖地震前兆有效檢測、識別關(guān)鍵技術(shù)研究建設(shè)地震預(yù)測試驗場,檢驗發(fā)展孕震物理模型水庫地震危險性評估與預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)方法研究地質(zhì)災(zāi)害構(gòu)建基礎(chǔ)理論研究與工程技術(shù)研發(fā)相結(jié)合的研究架構(gòu)加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理研究,突破地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警(報)技術(shù)瓶頸利用遙感、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析等,發(fā)展現(xiàn)代地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)加強(qiáng)精細(xì)化數(shù)值天氣預(yù)報和雷達(dá)外推降水技術(shù)的研究建立不同時空尺度的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的技術(shù)體系和規(guī)范。生物災(zāi)害加強(qiáng)生物災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報檢疫評估基礎(chǔ)性研究完善生物災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)加強(qiáng)部門聯(lián)合,整合分析監(jiān)測防控大數(shù)據(jù),有效控制生物災(zāi)害建立生物入侵管理體制,制定防止及控制生物入侵的法律法規(guī)

3)構(gòu)建高效的自然災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，提升災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)水平。

及時準(zhǔn)確地收集、分析和發(fā)布相關(guān)應(yīng)急信息是政府防災(zāi)減災(zāi)科學(xué)決策和早期預(yù)警的前提，其中建立健全應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)是其中重要一環(huán)。建立縱橫貫通的預(yù)警發(fā)布管理平臺，增強(qiáng)多手段、新媒體發(fā)布渠道的對接應(yīng)用，建立縣級發(fā)布管理平臺，提高縣級預(yù)警信息發(fā)布能力，建立健全預(yù)警信息發(fā)布法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系等將是災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)和平臺建設(shè)的重要方面。

4)發(fā)展減災(zāi)避災(zāi)和救災(zāi)技術(shù)，提升公眾防災(zāi)減災(zāi)能力。

在災(zāi)害應(yīng)急管理方面，針對災(zāi)害預(yù)防、備災(zāi)、響應(yīng)和恢復(fù)四個基本要素開展可操作性災(zāi)害應(yīng)急管理系列工作。此外，要進(jìn)一步加強(qiáng)避災(zāi)減災(zāi)科普教育基地和平臺建設(shè)，強(qiáng)化減災(zāi)避災(zāi)宣傳引導(dǎo)和風(fēng)險應(yīng)對。

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Impactsofnaturaldisastersonpublicsecurityaswellasscienceandtechnologydevelopmentstrategiesindisastersmonitoringandwarning

BI Baogui, LI Zechun, GUO Anhong, WANG Yuedong

(NationalMeteorologicalCenterofCMA,Beijing100081,China)

Tremendous progresses have been made in natural disaster monitoring, forecasting and early warning since the reforming and opening of China. These developments have played an important role in reducing economic losses, guaranteeing the safety of people’s lives and property, and promoting social stability and prosperity. But it should be soberly recognized that under the new situation of natural disasters and socioeconomic development, natural disasters still pose a great threat to China’s national and public safety. Compared with the international advanced level, and the needs of the “three transformations” in national disaster prevention and reduction strategy, there is still a large gap in ability of disaster monitoring and early warning. This paper briefly discusses the impacts of five kinds of natural disasters on national public security: weather, ocean, geology, earthquake and Biology. And based on the current capacity and existing problems in natural disaster monitoring and warning, the strategies of science and technology development for natural disaster monitoring and warning in the coming 5-10 years are put forward, which include: 1) strengthening theoretical researches on disaster forecasting and prediction; 2) enhancing comprehensive monitoring capability; 3) constructing disaster warning systems of more efficient; and 4) developing disaster mitigating, avoiding and relief technologies.

natural disasters; public security; monitoring and early warning; key technology

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.001. (in Chinese)

2017-06-30；

：2017-07-28

中國工程院重大咨詢研究項目“國家公共安全科技發(fā)展戰(zhàn)略研究”(2014-ZD-2)中的研究課題“自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警科技發(fā)展規(guī)劃研究”(2014-ZD-2-2)

畢寶貴(1966—)，男，博士，研究員級高級工程師，主要從事天氣預(yù)報及相關(guān)研究工作，bibg@cma.gov.cn。

李澤椿(1935—)，男，中國工程院院士，長期從事大氣科學(xué)工程化的天氣預(yù)報和數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)工程建設(shè)和科研工作，lizc@cma.gov.cn。

X915.5

： A

： 2096-3599(2017)03-0001-07

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.001

畢寶貴，李澤椿，郭安紅，等. 自然災(zāi)害對公共安全的影響及其監(jiān)測預(yù)警科技發(fā)展戰(zhàn)略[J].海洋氣象學(xué)報，2017，37(3)：1-7.

Bi Baogui, Li Zechun, Guo Anhong,et al. Impacts of natural disasters on public security as well as science and technology development strategies in disasters monitoring and warning [J].Journal of Marine Meteorology,2017,37(3):1-7.